JP5261102B2 - 赤外線センサおよび赤外線センサモジュール - Google Patents

Description

本発明は、赤外線センサおよび赤外線センサモジュールに関するものである。

従来から、例えば人体から放射される赤外線（波長が８〜１２μｍ程度の赤外線）を検出可能な赤外線センサとして、マイクロマシニング技術などを利用して形成され、赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収部と、赤外線吸収部の温度変化を検出する感温部とを備えた赤外線センサが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここにおいて、上記特許文献１に開示された赤外線センサは、図１３に示すように、シリコン基板１ａ’と当該シリコン基板１ａ’の一表面上に形成されたシリコン窒化膜１ｂ’とで構成されるベース基板１’と、ベース基板１’におけるシリコン基板１ａ’の上記一表面に空洞１１’を設けることにより形成され上記シリコン窒化膜１ｂ’の一部からなるダイヤフラム状の赤外線吸収部３３’と、赤外線吸収部３３’の温度変化を検出する熱電対型の感温部３０’と、ベース基板１’の上記一表面側で感温部３０’および赤外線吸収部３３’の露出部位を覆うように形成されたシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜（保護膜）６０’とを備え、感温部３０’が、ベース基板１’と赤外線吸収部３３’とに跨って形成されたｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４と、赤外線吸収部３３’の赤外線入射面側（図１３（ｂ）における上面側）でｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とを電気的に接合した接続部３６とで構成される複数の熱電対が直列接続されたサーモパイルにより構成されている。ここで、感温部３０’を構成するサーモパイルは、赤外線吸収部３３’上に配置されたｐ形ポリシリコン層３５の一端部およびｎ形ポリシリコン層３４の一端部と、対をなすｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４との上記一端部同士を接合した接続部３６とで温接点を構成し、ベース基板１’上に配置され互いに異なる熱電対のｐ形ポリシリコン層３５の他端部およびｎ形ポリシリコン層３４の他端部と、これら他端部同士を接合した接続部３７とで冷接点を構成している。

なお、上記特許文献１に開示された赤外線センサは、赤外線吸収部３３’、感温部３０’の一部、パッシベーション膜６０’の積層構造を有する薄膜構造部と感温部３０’の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタとを有する画素が２次元アレイ状に配列されている。

また、上記特許文献２に開示された赤外線センサは、図１４に示すように、シリコン基板１ａ”と当該シリコン基板１ａ”の一表面上に形成された絶縁膜１ｂ”とで構成されるベース基板１”と、ベース基板１”の上記一表面から離間して配置された感温部３０”と、感温部３０”とベース基板１”とを熱絶縁する断熱部９０”とを備え、感温部３０”が、不純物濃度が１０^１７〜１０^１８ｃｍ^−３のポリシリコン層３０１と、当該ポリシリコン層３０１の厚み方向の両側に形成され不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３の高濃度ポリシリコン層３０２，３０３と、各高濃度ポリシリコン層３０２，３０３それぞれにおけるポリシリコン層３０１側とは反対側に形成された電極３０４，３０５とを有するボロメータ型の赤外線検出素子により構成されている。ここで、断熱部９０”は、ベース基板１”の上記一表面から離間して配置されベース基板１”側とは反対側に感温部３０”が積層される支持部９０ａ”と、支持部９０ａ”の側縁から延長された２つの脚部９０ｂ”，９０ｂ”とで構成されており、支持部９０ａ”とベース基板１”の上記一表面との間に間隙１００”が形成され、感温部３０”の電極３０４，３０５に接続された金属配線３１４，３１５が各脚部９０ｂ”，９０ｂ”それぞれに沿って形成されている。

図１４に示した構成の赤外線センサでは、高濃度ポリシリコン層３０２，３０３の不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３の範囲で適宜設定されているので、検出対象の赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができる。

また、図１４に示した構成の赤外線センサは、断熱部９０”の支持部９０ａ”が、赤外線の吸収率の高い絶縁材料により形成されており、赤外線を吸収する赤外線吸収部を兼ねているので、感度の向上を図れる。

なお、上記特許文献２に開示された赤外線センサは、感温部３０”と断熱部９０”と感温部３０”の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタとを有する画素が２次元アレイ状に配列されている。
特許第２５７６２５９号公報 特許第３２８７１７３号公報

ところで、図１４に示した構成の赤外線センサでは、断熱部９０”における各脚部９０ｂ”，９０ｂ”の全長を長くして各脚部９０ｂ”，９０ｂ”の熱コンダクタンスを小さくする（熱抵抗を大きくする）ために各脚部９０ｂ”，９０ｂ”の厚さ寸法を小さくすることが考えられ、応答速度の高速化を図るために支持部９０ａ”の厚さ寸法を小さくすることが考えられるが、赤外線吸収部を兼ねている支持部９０ａ”に反りが発生してしまい、構造安定性が低くなるとともに感度が低下してしまいう。

また、図１４に示した構成の赤外線センサでは、感温部３０”がボロメータ形の赤外線検出素子により構成されているので、抵抗値の変化を検出する時に電流を流す必要があり、消費電力が大きくなるとともに、自己発熱が発生し、熱応力に起因して断熱部９０”に反りが発生してしまう懸念がある。また、自己発熱による温度変化や周囲温度変化により抵抗温度係数が変化してしまうので、温度補償手段を設けないと高精度化が難しく、温度補償手段を設けるとセンサ全体が大型化し、コストが高くなってしまう。

これに対して、上述の図１３に示した構成の赤外線センサでは、感温部３０’がサーモパイルにより構成されており、感温部３０’に電流を流す必要がなく、自己発熱が発生しないので、自己発熱に起因した反りが発生しないという利点や低消費電力化を図れるという利点や、温度によらず感度が一定であり高精度であるとう利点がある。

しかしながら、図１３に示した構成の赤外線センサでは、赤外線吸収部３３’の厚さ寸法を大きくすると、赤外線吸収部３３’の熱容量が大きくなって応答速度が低下してしまうので、赤外線吸収部３３’の厚さ寸法を小さくすることが考えられるが、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４をパターニングするときに赤外線吸収部３３’がエッチングされて赤外線吸収部３３’、感温部３０’の一部、パッシベーション膜６０’の積層構造を有する薄膜構造部に反りが発生してしまい、構造安定性が低くなるとともに感度が低下してしまう。

なお、図１３に示した構成の赤外線センサの使用にあたっては、例えば、当該赤外線センサと、当該赤外線センサの出力信号を信号処理する信号処理ＩＣチップと、赤外線センサおよび信号処理ＩＣチップを実装したパッケージとを備えた赤外線センサモジュールを用いることが考えられる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、赤外線吸収部の薄膜化を図りながらも薄膜構造部の反りを防止することが可能な赤外線センサおよび赤外線センサモジュールを提供することにある。

請求項１の発明は、ベース基板と、前記ベース基板の一表面側において前記ベース基板と空間的に分離して形成され赤外線を吸収する赤外線吸収部を有する薄膜構造部と、前記赤外線吸収部と前記ベース基板とに跨って形成されたｐ形ポリシリコン層、ｎ形ポリシリコン層、および前記赤外線吸収部の赤外線入射面側で前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層とを電気的に接合した接続部で構成される熱電対を有し前記赤外線吸収部と前記ベース基板との温度差を検出する熱電対型の感温部とを備え、前記赤外線吸収部の前記赤外線入射面側に、前記赤外線吸収部の反りを抑制する補償ポリシリコン層が前記赤外線吸収部を面状に覆うように形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、感温部が、赤外線吸収部とベース基板とに跨って形成されたｐ形ポリシリコン層、ｎ形ポリシリコン層、および前記赤外線吸収部の赤外線入射面側で前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層とを電気的に接合した接続部で構成される熱電対を有し前記赤外線吸収部と前記ベース基板との温度差を検出する熱電対型の感温部なので、自己発熱による薄膜構造部の反りが生じることがなく、また、前記赤外線吸収部の赤外線入射面側に、前記赤外線吸収部の反りを抑制する補償ポリシリコン層が前記赤外線吸収部を面状に覆うように形成されているので、前記薄膜構造部の応力バランスの均一性を高めることができ、前記赤外線吸収部の薄膜化を図りながらも前記薄膜構造部の反りを防止することが可能となり、感度の向上を図れる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記薄膜構造部は、前記ベース基板と前記赤外線吸収部とを連結するブリッジ部を有し、当該ブリッジ部は、前記ベース基板に対して一箇所で連結されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ベース基板が外部からの応力や熱応力などで変形した場合であっても前記薄膜構造部が変形するのを抑制することができて感度の変化を抑制できるので、高精度化を図れる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層と前記補償ポリシリコン層とが同一の厚さに設定されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記薄膜構造部の応力バランスの均一性が向上し、前記赤外線吸収部の反りを抑制することができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記薄膜構造部は、前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層と前記補償ポリシリコン層とが同一平面上に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記薄膜構造部の応力バランスの均一性が向上し、前記赤外線吸収部の反りを抑制することができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記補償ポリシリコン層における前記ベース基板側とは反対側に赤外線吸収膜が形成されており、前記赤外線吸収膜の屈折率をｎ、吸収対象の赤外線の中心波長をλとするとき、前記赤外線吸収膜の厚さが、λ／４ｎに設定されてなることを特徴とする。

この発明によれば、赤外線吸収膜での吸収対象の波長の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であり、前記補償ポリシリコン層として前記ｐ形ポリシリコン層に連続一体に形成されたｐ形補償ポリシリコン層と、前記ｎ形ポリシリコン層に連続一体に形成されたｎ形補償ポリシリコン層とがあることを特徴とする。

この発明によれば、前記熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であり、前記補償ポリシリコン層の屈折率をｎ、吸収対象の赤外線の中心波長をλとするとき、前記ｐ形ポリシリコン層、前記ｎ形ポリシリコン層および前記補償ポリシリコン層それぞれの厚さがλ／４ｎであることを特徴とする。

この発明によれば、前記補償ポリシリコン層での吸収対象の波長の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。

請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であり、前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層との少なくとも一方は、前記補償ポリシリコン層と同じ不純物を同じ濃度で含んでいることを特徴とする。

この発明によれば、前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層との少なくとも一方の不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であるので、前記感温部の出力のＳ／Ｎ比を高めることができ、また、前記補償ポリシリコン層を前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層との少なくとも一方と同一工程で形成できるので、低コスト化を図れる。

請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８の発明において、前記薄膜構造部を備えた画素が前記ベース基板の前記一表面側でアレイ状に配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、赤外線画像センサを実現可能となる。

請求項１０の発明は、請求項９の発明において、前記各画素ごとに前記感温部の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタを有することを特徴とする。

この発明によれば、出力用パッドの数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。

請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極を構成するポリシリコン層の厚さが、前記補償ポリシリコン層と同じ厚さに設定されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極と前記補償ポリシリコン層とを同時に形成することが可能となり、製造工程数の削減による低コスト化を図れる。

請求項１２の発明は、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の赤外線センサと、前記赤外線センサの出力信号を信号処理する信号処理ＩＣチップと、前記赤外線センサおよび前記信号処理ＩＣチップが実装されたパッケージとを備え、前記赤外線センサの前記ベース基板は、外周形状が矩形状であり、前記感温部から出力される出力信号を取り出す全ての出力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設され、前記信号処理ＩＣチップは、外周形状が矩形状であり、前記赤外線センサの前記出力用パッドに電気的に接続される全ての入力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設されてなり、前記ベース基板と前記信号処理ＩＣチップとの前記一辺同士が他の辺同士に比べて近くなるように前記赤外線センサおよび前記信号処理ＩＣチップが配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の赤外線センサを備えていることにより、前記赤外線センサの前記赤外線吸収部の薄膜化を図りながらも前記薄膜構造部の反りを防止することができて感度を向上でき、しかも、前記赤外線センサの前記ベース基板は、外周形状が矩形状であり、前記感温部から出力される出力信号を取り出す全ての出力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設され、信号処理ＩＣチップは、外周形状が矩形状であり、前記赤外線センサの前記出力用パッドに電気的に接続される全ての入力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設されてなり、前記ベース基板と前記信号処理ＩＣチップとの前記一辺同士が他の辺同士に比べて近くなるように前記赤外線センサおよび前記信号処理ＩＣチップが配置されているので、前記赤外線センサの出力用パッドと前記信号処理ＩＣチップの前記入力用パッドとを接続する配線を短くでき、外来ノイズの影響を低減できるから、耐ノイズ性が向上する。

請求項１の発明は、赤外線吸収部の薄膜化を図りながらも薄膜構造部の反りを防止することが可能となり、感度の向上を図れるという効果がある。

請求項１２の発明は、赤外線センサにおいて赤外線吸収部の薄膜化を図りながらも薄膜構造部の反りを防止することが可能となり、感度の向上を図れ、また、赤外線センサの出力用パッドと信号処理ＩＣチップの入力用パッドとを接続する配線を短くでき、耐ノイズ性が向上するという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の赤外線センサＡは、赤外線イメージセンサであり、図１および図２に示すように熱型赤外線検出部３と画素選択用スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ４とを有する画素２がベース基板１の一表面側においてアレイ状（ここでは、２次元アレイ状）に配列されている。ここで、ベース基板１は、シリコン基板１ａを用いて形成されている。なお、本実施形態では、１つのベース基板１の上記一表面側にｍ×ｎ個（図示例では、４×４個）の画素２が形成されているが、画素２の数や配列は特に限定するものではない。また、図２（ｂ）では、熱型赤外線検出部３における熱電対型の感温部３０の等価回路を、当該熱電対型の感温部３０の熱起電力に対応する電圧源Ｖｓで表してある。

また、本実施形態の赤外線センサＡは、各列の複数の熱型赤外線検出部３の感温部３０の一端が上述のＭＯＳトランジスタ４を介して各列ごとに共通接続された複数の垂直読み出し線７と、各行の熱型赤外線検出部３の感温部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が各行ごとに共通接続された複数の水平信号線６と、各列のＭＯＳトランジスタ４のｐ^＋形ウェル領域４１が各列ごとに共通接続された複数のグラウンド線８と、各グラウンド線８が共通接続された共通グラウンド線９と、各列の複数個の熱型赤外線検出部３の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続された複数の基準バイアス線５とを備えており、全ての熱型赤外線検出部３の感温部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。要するに、本実施形態の赤外線センサＡは、ベース基板１の上記一表面側に熱型赤外線検出部３と当該熱型赤外線検出部３に並設され当該熱型赤外線検出部３の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４とを有する複数の画素２が形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、ゲート電極４６が水平信号線６に接続され、ソース電極４８が感温部３０を介して基準バイアス線５に接続され、各基準バイアス線５が共通基準バイアス線５ａに共通接続され、ドレイン電極４７が垂直読み出し線７に接続されており、各水平信号線６それぞれが各別の画素選択用パッドＶselに電気的に接続され、各垂直読み出し線７それぞれが各別の出力用パッドＶoutに電気的に接続され、共通グラウンド線９がグラウンド用パッドＧndに電気的に接続され、共通基準バイアス線５ａが基準バイアス用パッドＶrefと電気的に接続され、シリコン基板１ａが基板用パッドＶddに電気的に接続されている。

しかして、ＭＯＳトランジスタ４が順次オン状態になるように各画素選択用パッドＶselの電位を制御することで各画素２の出力電圧を順次読み出すことができる。例えば、基準バイアス用パッドＶrefの電位を１．６５、グラウンド用パッドＧndの電位を０Ｖ、基板用パッドＶddの電位を５Ｖとしておき、画素選択用パッドＶselの電位を５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなり、出力用パッドＶoutから画素２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出され、画素選択用パッドＶselの電位を０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、出力用パッドＶoutから画素２の出力電圧は読み出されない。したがって、図３に示すように、赤外線センサＡと、当該赤外線センサＡの出力信号である出力電圧を信号処理する信号処理ＩＣチップＢと、赤外線センサＡおよび信号処理ＩＣチップＢが実装されたパッケージＣとを備えた赤外線センサモジュールを構成する場合、信号処理ＩＣチップＢには、図４に示すように、赤外線センサＡの複数（図示例では、４つ）の出力用パッドＶoutそれぞれがボンディングワイヤからなる配線８０を介して各別に電気的に接続される複数（図示例では、４つ）の入力用パッドＶin、入力用パッドＶinの出力電圧を増幅する増幅回路ＡＭＰ、複数の入力用パッドＶinの出力電圧を択一的に増幅回路ＡＭＰに入力するマルチプレクサＭＵＸなどを設ければ、赤外線画像を得ることができる。なお、上述のパッケージＣは、一面開口した矩形箱状に形成されており、内底面に赤外線センサＡおよび信号処理ＩＣチップＢが搭載され、赤外線センサＡにおける熱型赤外線検出部３の後述の赤外線吸収部３３へ赤外線を収束するレンズを備えたパッケージ蓋（図示せず）が覆着されている。

ところで、上述の赤外線センサモジュールでは、赤外線センサＡのベース基板１は、外周形状が矩形状であり、感温部３０から出力される出力信号を取り出す全ての出力用パッドＶoutがベース基板１の外周縁の一辺に沿って並設され、信号処理ＩＣチップＢは、外周形状が矩形状であり、赤外線センサＡの出力用パッドＶoutに電気的に接続される全ての入力用パッドＶinが信号処理ＩＣチップＢの外周縁の一辺に沿って並設されており、ベース基板１と信号処理ＩＣチップＢとの上記一辺同士が他の辺同士に比べて近くなるように赤外線センサＡおよび信号処理ＩＣチップＢが配置されているので、赤外線センサＡの出力用パッドＶoutと信号処理ＩＣチップＢの入力用パッドＶinとを接続する配線８０を短くでき、外来ノイズの影響を低減できるから、耐ノイズ性が向上する。

以下、熱型赤外線検出部３およびＭＯＳトランジスタ４それぞれの構造について説明する。なお、本実施形態では、上述のシリコン基板１ａとして、導電形がｎ形で上記一表面が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いている。

熱型赤外線検出部３は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素２それぞれにおける熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成されており、ＭＯＳトランジスタ４は、シリコン基板１ａの上記一表面側の各画素２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。

熱型赤外線検出部３は、シリコン基板１ａを基礎とするベース基板１の上記一表面側においてベース基板１と空間的に分離して形成され赤外線を吸収する赤外線吸収部３３を有する薄膜構造部３ａと、赤外線吸収部３３とベース基板１とに跨って形成されたｐ形ポリシリコン層３５、ｎ形ポリシリコン層３４、および赤外線吸収部３３の赤外線入射面側（図１（ｂ）の上面側）でｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とを電気的に接合した接続部３６で構成される熱電対を有し赤外線吸収部３３とベース基板１との温度差を検出する熱電対型の感温部３０とを備え、赤外線吸収部３３の赤外線入射面側に、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の形成時に赤外線吸収部３３を保護し赤外線吸収部３３の反りを抑制する補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂが形成されている。

ここで、図１（ａ）における右側の補償ポリシリコン層３９ａは、ｐ形ポリシリコン層３５と同じｐ形不純物（例えば、ボロンなど）を同じ濃度（例えば、１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３）で含んでおり、ｐ形ポリシリコン層３５に連続一体に形成されている。また、図１（ａ）における左側の補償ポリシリコン層３９ｂは、ｎ形ポリシリコン層３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ濃度（例えば、１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３）で含んでおり、ｎ形ポリシリコン層３４に連続一体に形成されている。以下では、導電形がｐ形の補償ポリシリコン層３９ａをｐ形補償ポリシリコン層と称し、導電形がｎ形の補償ポリシリコン層３９ｂをｎ形補償ポリシリコン層と称することもある。本実施形態では、各補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂの不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であり、ｐ形ポリシリコン層３５に連続一体に形成されたｐ形補償ポリシリコン層３９ａと、ｎ形ポリシリコン層３４に連続一体に形成されたｎ形補償ポリシリコン層３９ｂとを有しているので、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図れる。

ところで、本実施形態では、ｐ形ポリシリコン層３５、ｎ形ポリシリコン層３４および各補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂの屈折率をｎ、これら各ポリシリコン層３５，３４，３９ａ，３９ｂの吸収対象（赤外線センサＡの検出対象）の赤外線の中心波長をλとするとき、ｐ形ポリシリコン層３５、ｎ形ポリシリコン層３４および各補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂそれぞれの厚さｔ１をλ／４ｎに設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。

また、本実施形態では、各補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂの不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であり、ｐ形ポリシリコン層３５、ｎ形ポリシリコン層３４それぞれが、ｐ形補償ポリシリコン層３９ａ、ｎ形補償ポリシリコン層３９ｂそれぞれと同じ不純物を同じ濃度で含んでおり、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４それぞれの不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であるので、上記特許文献２に記載されているように赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することができて、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比を高めることができ、また、ｐ形補償ポリシリコン層３９ａをｐ形ポリシリコン層３５と同一工程で形成でき、ｎ形補償ポリシリコン層３９ｂをｎ形ポリシリコン層３４と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。なお、ｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４との少なくとも一方の不純物濃度を１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３とすれば、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比を高めることができ、両方の不純物濃度を１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３とすれば、感温部３０の出力のＳ／Ｎ比をより高めることができる。また、少なくとも、ｐ形補償ポリシリコン層３９ａとｐ形ポリシリコン層３５との不純物および不純物濃度を同じにするか、ｎ形補償ポリシリコン層３９ｂとｎ形ポリシリコン層３４との不純物および不純物濃度を同じにすれば、低コスト化を図れる。

上述の薄膜構造部３ａは、ベース基板１と赤外線吸収部３３とを連結するブリッジ部３ｂを有し、当該ブリッジ部３ｂは、赤外線吸収部３３に対して２箇所で連結される一方で、ベース基板１に対して一箇所で連結されている。しかして、本実施形態では、ブリッジ部３ｂがベース基板１に対して一箇所で連結されていることにより、ベース基板１が外部からの応力や熱応力などで変形した場合であっても薄膜構造部３ａが変形するのを抑制することができて感度の変化を抑制できるので、高精度化を図れる。ここで、ブリッジ部３ｂは、平面視コ字状であって両脚片の先端部が赤外線吸収部３３に連結され赤外線吸収部３３の外周縁に沿って配置された第１の連結片３ｂ_１と、当該第１の連結片３ｂ_１の中央片の中央部から赤外線吸収部３３側とは反対側へ延長されベース基板１に連結された第２の連結片３ｂ_２とを有している。また、ベース基板１のうち平面視において薄膜構造部３ａを囲む部位は矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂは、赤外線吸収部３３およびベース基板１それぞれとの連結部位以外の部分が２つのスリット１３により赤外線吸収部３３およびベース基板１と空間的に分離されている。ここで、各スリット１３の幅は、例えば、０．２μｍ〜５μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。また、本実施形態の赤外線センサＡは、シリコン基板１ａにおける各熱型赤外線検出部３それぞれに対応する部位ごとに熱絶縁用の空洞１１が形成されている。

上述の薄膜構造部３ａは、シリコン基板１ａの上記一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂと、当該シリコン酸化膜１ｂ上に形成されたシリコン窒化膜３２と、当該シリコン窒化膜３２上に形成された熱電対型の感温部３０と、シリコン窒化膜３２の表面側で感温部３０を覆うように形成されたＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。なお、本実施形態では、シリコン窒化膜３２のうち薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂ以外の部位が上述の赤外線吸収部３３を構成し、シリコン基板１ａとシリコン酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とでベース基板１を構成している。また、本実施形態では、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されているが、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０を兼ねている。ここで、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ、赤外線吸収膜７０の吸収対象（赤外線センサＡの検出対象）の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜７０の厚さｔ２をλ／４ｎに設定するようにしているので、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ＝１．４、λ＝１０μｍの場合には、ｔ２≒１．８μｍとすればよい。なお、本実施形態では、層間絶縁膜５０の膜厚を０．８μｍ（８０００Å）、パッシベーション膜６０の膜厚を１μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を５０００Å、ＮＳＧ膜の膜厚を５０００Å）としてある。

熱電対型の感温部３０は、上述のシリコン窒化膜３２上に形成されたｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５とを有している。ここで、ｎ形ポリシリコン層３４およびｐ形ポリシリコン層３５は、赤外線吸収部３３とブリッジ部３ｂとベース基板１とに跨って形成されている。また、感温部３０は、赤外線吸収部３３の中央部の表面側でｎ形ポリシリコン層３４の一端部とｐ形ポリシリコン層３５の一端部とを電気的に接合した金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部３６を備えており、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と接続部３６とで熱電対を構成している。また、感温部３０は、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５それぞれの他端部上に電極３８ａ，３８ｂが形成されている。

ここで、感温部３０の接続部３６と２つの電極３８ａ，３８ｂとは、ベース基板１の上記一表面側において上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている。すなわち、接続部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ_１，５０ａ_２を通して両ポリシリコン層３４，３５の上記各一端部と電気的に接続され、一方の電極３８ａは、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ｂを通してｎ形ポリシリコン層３４の上記他端部と電気的に接続され、他方の電極３８ｂは、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ｃを通してｐ形ポリシリコン層３５の上記他端部と電気的に接続されている。

また、ＭＯＳトランジスタ４は、上述のように、シリコン基板１ａの上記一表面側における各画素２それぞれにおけるＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に形成されている。ここで、ＭＯＳトランジスタ４は、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ^＋形ウェル領域４１が形成され、ｐ^＋形ウェル領域４１内に、ｎ^＋形ドレイン領域４３とｎ^＋形ソース領域４４とが離間して形成されている。また、ｐ^＋形ウェル領域４１内には、ｎ^＋形ドレイン領域４３とｎ^＋形ソース領域４４とを囲むｐ^＋＋形チャネルストッパ領域４２が形成されている。また、ｐ^＋形ウェル領域４１においてｎ^＋形ドレイン領域４３とｎ^＋形ソース領域４４との間に位置する部位の上には、シリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を介してｎ形ポリシリコン層からなるゲート電極４６が形成されている。また、ｎ^＋形ドレイン領域４３上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるドレイン電極４７が形成され、ｎ^＋形ソース領域４４上には金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるソース電極４８が形成されている。ここで、ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、上述の層間絶縁膜５０により絶縁分離されている。すなわち、ドレイン電極４７は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｄを通してｎ^＋形ドレイン領域４３と電気的に接続され、ソース電極４８は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｅを通してｎ^＋形ソース領域４４と電気的に接続されている。

ところで、本実施形態の赤外線センサＡの各画素２では、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の上記他方の電極３８ｂとが電気的に接続され、感温部３０の上記一方の電極３８ａが基準バイアス線５に連続一体に形成された金属配線（例えば、Ａｌ−Ｓｉ配線）５９を介して基準バイアス線５と電気的に接続されている。また、本実施形態の赤外線センサＡの各画素２では、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電極４７が垂直読み出し線７と電気的に接続され、ゲート電極４６が当該ゲート電極４６と連続一体に形成されたｎ形ポリシリコン配線からなる水平信号線６と電気的に接続されている。また、各画素２では、ＭＯＳトランジスタ４のｐ^＋＋形チャネルストッパ領域４２上に金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなるグラウンド用電極４９が形成されており、当該グラウンド用電極４９が、当該ｐ^＋＋形チャネルストッパ領域４２をｎ^＋形ドレイン領域４３およびｎ^＋形ソース領域４４よりも低電位にバイアスして素子分離するための共通グラウンド線８と電気的に接続されている。なお、グラウンド用電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してｐ^＋＋形チャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。

以下、本実施形態の赤外線センサＡの製造方法について図５および図６を参照しながら簡説明する。

まず、シリコン基板１ａの上記一表面側に第１の所定膜厚（例えば、３０００Å）の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚（例えば、９００Å）のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して当該絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する絶縁層パターニング工程を行うことによって、図５（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、シリコン酸化膜３１は、シリコン基板１ａを所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成し、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。

上述の絶縁層パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側にｐ^＋形ウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行い、続いて、シリコン基板１の上記一表面側におけるｐ^＋形ウェル領域４１内にｐ^＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行い、その後、ｐ^＋形ウェル領域４１におけるｎ^＋形ドレイン領域４３およびｎ^＋形ソース領域４４それぞれの形成予定領域にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ^＋形ドレイン領域４３およびｎ^＋形ソース領域４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行うことによって、図５（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、シリコン基板１の上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより第２のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５１を選択的に形成し、その後、ｐ^＋形ウェル領域４１を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜５１をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ^＋形ウェル領域４１を形成する。また、チャネルストッパ領域形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより第３のシリコン酸化膜（熱酸化膜）５２を選択的に形成し、その後、ｐ^＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成するためのマスクを利用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコン酸化膜５２をパターニングし、続いて、ｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ｐ^＋＋形チャネルストッパ領域４２を形成する。なお、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とでシリコン基板１ａの上記一表面側のシリコン酸化膜１ｂを構成している。

上述のソース・ドレイン形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側に熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜（熱酸化膜）からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行い、続いて、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面にゲート電極４６、水平信号線６（図１（ａ）参照）、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５および補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂの基礎となる所定膜厚（例えば、０．６９μｍ）のノンドープポリシリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成するポリシリコン層形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記ノンドープポリシリコン層のうちゲート電極４６、水平信号線６、ｎ形ポリシリコン層３４、ｐ形ポリシリコン層３５および各補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂそれぞれに対応する部分が残るようにパターニングするポリシリコン層パターニング工程を行い、続いて、上記ノンドープポリシリコン層のうちｐ形ポリシリコン層３５およびｐ形補償ポリシリコン層３９ａに対応する部分にｐ形不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｐ形ポリシリコン層３５およびｐ形補償ポリシリコン層３９ａを形成するｐ形ポリシリコン層形成工程を行い、その後、上記ノンドープポリシリコン層のうちｎ形ポリシリコン層３４、ｎ形補償ポリシリコン層３９ｂ、ゲート電極４６および水平信号線６に対応する部分にｎ形不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブを行うことによりｎ形ポリシリコン層３４、ｎ形補償ポリシリコン層３９ｂ、ゲート電極４６および水平信号線６を形成するｎ形ポリシリコン層形成工程を行うことによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。なお、ｐ形ポリシリコン層形成工程とｎ形ポリシリコン層形成工程との順序は逆でもよい。

上述のｐ形ポリシリコン層形成工程およびｎ形ポリシリコン層形成工程が終了した後、シリコン基板１ａの上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する層間絶縁膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して層間絶縁膜５０に上記各コンタクトホール５０ａ_１，５０ａ_２，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図１（ａ）参照）を形成するコンタクトホール形成工程を行うことによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。ここで、層間絶縁膜形成工程では、シリコン基板１ａの上記一表面側に所定膜厚（例えば、８０００Å）のＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５０を形成する。

上述のコンタクトホール形成工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側の全面に接続部３６、電極３８ａ，３８ｂ、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、金属配線５９、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndの基礎となる所定膜厚（例えば、２μｍ）の金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜）をスパッタ法などにより形成する金属膜形成工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることで接続部３６、電極３８ａ，３８ｂ、ドレイン電極４７、ソース電極４８、基準バイアス線５、垂直読み出し線７、グラウンド線８、共通グラウンド線９および各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを形成する金属膜パターニング工程を行うことによって、図６（ａ）に示す構造を得る。なお、金属膜パターニング工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。

上述の金属膜パターニング工程の後、シリコン基板１ａの上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）に所定膜厚（例えば、５０００Å）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、５０００Å）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０をＣＶＤ法により形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図６（ｂ）に示す構造を得る。なお、パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン窒化膜でもよい。

上述のパッシベーション膜形成工程の後、シリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜からなる熱絶縁層と、当該熱絶縁層上に形成された感温部３０と、熱絶縁層の表面側で感温部３０を覆うように形成された層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより上述の薄膜構造部３ａを形成する積層構造部パターニング工程を行うことによって、図６（ｃ）に示す構造を得る。なお、積層構造部パターニング工程では、積層構造部の厚み方向に貫通し赤外線吸収部３３とベース基板１とを離間させる複数（本実施形態では、２つ）のスリット１３（図１（ａ）参照）を形成することで薄膜構造部３ａを形成している。

上述の積層構造部パターニング工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して各パッドＶout，Ｖsel，Ｖref，Ｖdd，Ｇndを露出させる開口部（図示せず）を形成する開口部形成工程を行い、続いて、上述の各スリット１３をエッチング液導入孔としてエッチング液を導入してシリコン基板１ａを異方性エッチングすることによりシリコン基板１ａに空洞１１を形成する空洞形成工程を行うことによって、図６（ｄ）に示す構造の画素２が２次元アレイ状に配列された赤外線センサを得る。ここで、開口部形成工程におけるエッチングはＲＩＥにより行っている。また、空洞形成工程では、エッチング液として所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いているが、エッチング液はＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ溶液など）を用いてもよい。なお、空洞形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞形成工程が終了した後、個々の赤外線センサに分離する分離工程を行えばよい。また、上述の説明から分かるように、ＭＯＳトランジスタ４の製造方法に関してみれば、周知の一般的なＭＯＳトランジスタの製造方法を採用しており、熱酸化による熱酸化膜の形成、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術による熱酸化膜のパターニング、不純物のイオン注入、ドライブイン（不純物の拡散）の基本工程を繰り返すことにより、ｐ^＋形ウェル領域４１、ｐ^＋＋形チャネルストッパ領域４２、ｎ^＋形ドレイン領域４３とｎ^＋形ソース領域４４を形成している。

以上説明した本実施形態の赤外線センサＡによれば、感温部３０が、赤外線吸収部３３とベース基板１とに跨って形成されたｐ形ポリシリコン層３５、ｎ形ポリシリコン層３４、および赤外線吸収部３３の赤外線入射面側でｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４とを電気的に接合した接続部３６で構成される熱電対を有し赤外線吸収部３３とベース基板１との温度差を検出する熱電対型の感温部なので、自己発熱による薄膜構造部３ａの反りが生じることがなく、また、赤外線吸収部３３の赤外線入射面側に、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の形成時に赤外線吸収部３３を保護し赤外線吸収部３３ｃの反りを抑制する補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂが形成されているので、ｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の形成時に赤外線吸収部３３がエッチングされて薄くなるのを抑制する（ここでは、上述のポリシリコン層パターニング工程でｐ形ポリシリコン層３５およびｎ形ポリシリコン層３４の基礎となるノンドープポリシリコン層をエッチングする際のオーバーエッチング時に赤外線吸収部３３がエッチングされて薄くなるのを抑制する）ことができるとともに薄膜構造部３ａの応力バランスの均一性を高めることができ、赤外線吸収部３３の薄膜化を図りながらも薄膜構造部３ａの反りを防止することが可能となり、感度の向上を図れる。ここで、補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂは、当該補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂと感温部３０とで赤外線吸収部３３の略全面を覆うように形成することが好ましい。ただし、ｐ形補償ポリシリコン層３９ａとｎ形補償ポリシリコン層３９ｂとは直接接しないように電気的に絶縁分離する必要があり、また、上述の空洞形成工程において用いるエッチング液（例えば、ＴＭＡＨ溶液など）によりエッチングされるのを防止するため、スリット１３の内側面に露出しないように平面視形状を設計する必要がある（平面視において赤外線吸収部３３の外周部を覆わないようにする必要がある）。

また、本実施形態の赤外線センサＡでは、ｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４と補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂとが同一の厚さに設定されているので、薄膜構造部３ａの応力バランスの均一性が向上し、赤外線吸収部３３の反りを抑制することができる。また、本実施形態の赤外線センサＡでは、薄膜構造部３ａにおいてｐ形ポリシリコン層３５とｎ形ポリシリコン層３４と補償ポリシリコン層３９ａ，３９ｂとが同一平面上に形成されているので、薄膜構造部３ａの応力バランスの均一性が向上し、赤外線吸収部３３の反りを抑制することができる。

また、本実施形態の赤外線センサＡは、各画素２ごとに感温部３０の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタ４を有しているので、出力用パッドＶoutの数を少なくでき、小型化および低コスト化を図れる。また、本実施形態の赤外線センサＡでは、ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極３６を構成するポリシリコン層であるｎ形ポリシリコン層の厚さがｎ形補償ポリシリコン層３９ｂと同じ厚さに設定されているので、ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極３６とｎ形補償ポリシリコン層３９ｂとを同時に形成することが可能となり、製造工程数の削減による低コスト化を図れる。

（実施形態２）
本実施形態の赤外線センサＡの基本構成は実施形態１と略同じであって、図７に示すように、熱電対型の感温部３０が、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と接続部３６とで構成される４つの熱電対を直列接続したサーモパイルにより構成されている点、各画素２に、実施形態１にて説明したＭＯＳトランジスタ４を設けていない点などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

感温部３０は、ベース基板１の上記一表面側で互いに隣り合う熱電対のｐ形ポリシリコン層３４の他端部とｎ形ポリシリコン層３５の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部３７により接合され電気的に接続されている。

ここで、感温部３０を構成するサーモパイルは、ｎ形ポリシリコン層３４の上記一端部とｐ形ポリシリコン層３５の上記一端部と接続部３６とで赤外線吸収部３３側の温接点を構成し、ｐ形ポリシリコン層３４の上記他端部とｎ形ポリシリコン層３５の上記他端部と接続部３７とでベース基板１側の冷接点を構成している。

また、本実施形態の赤外線センサの製造方法は実施形態１と略同じであり、シリコン酸化膜３１とシリコン窒化膜３２との積層膜からなる熱絶縁層と、当該熱絶縁層上に形成された感温部３０と、熱絶縁層の表面側で感温部３０を覆うように形成された層間絶縁膜５０と、層間絶縁膜５０上に形成されたパッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより上述の薄膜構造部３ａを形成する積層構造部パターニング工程において、シリコン基板１ａにおける空洞１１の形成予定領域の投影領域の四隅に、積層構造部の厚み方向に貫通する４つの矩形状のスリット１４を形成することで薄膜構造部３ａを形成し、空洞形成工程において、４つのスリット１４をエッチング液の導入孔として利用する。なお、本実施形態の赤外線センサＡは、上述のようにＭＯＳトランジスタ４を備えておらず、実施形態１にて説明した第１のシリコン酸化膜３１のみでシリコン酸化膜１ｂが構成されている。

また、本実施形態の赤外線センサＡは、図７および図８に示すように、各感温部３０それぞれの一端が各別に接続された複数（図示例では、４つ）の出力用パッドＶoutと、各列の複数（図示例では、２つ）の熱型赤外線検出部３の感温部３０の他端が共通接続された１個の基準バイアス用パッドＶrefとを備えており、全ての熱型赤外線検出部３の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。なお、サーモパイルからなる感温部３０は、一端が垂直読み出し線７を介して出力用パッドＶoutと電気的に接続され、他端が基準バイアス用パッドＶrefに接続された共通基準バイアス線５ａに基準バイアス線５を介して電気的と接続されている。

ここで、例えば、基準バイアス用パッドＶrefの電位を１．６５Ｖとしておけば、出力用パッドＶoutからは画素２の出力電圧（１．６５Ｖ＋感温部３０の出力電圧）が読み出される。したがって、図９に示すように、赤外線センサＡと、当該赤外線センサＡの出力信号である出力電圧を信号処理する信号処理ＩＣチップＢと、赤外線センサＡおよび信号処理ＩＣチップＢが実装されたパッケージＣとを備えた赤外線センサモジュールを構成する場合、信号処理ＩＣチップＢには、図１０に示すように、赤外線センサＡの複数（図示例では、４つ）の出力用パッドＶoutそれぞれがボンディングワイヤからなる配線８０を介して各別に電気的に接続される複数（図示例では、４つ）の入力用パッドＶin、赤外線センサＡの基準バイアス用パッドＶrefへ基準電圧を与えるためのパッドＶref’、入力用パッドＶinの出力電圧を増幅する増幅回路ＡＭＰ、複数の入力用パッドＶinの出力電圧を択一的に増幅回路ＡＭＰに入力するマルチプレクサＭＵＸなどを設ければ、赤外線画像を得ることができる。

（実施形態３）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態２と略同じであって、図１１に示すように、熱電対型の感温部３０が、ｎ形ポリシリコン層３４とｐ形ポリシリコン層３５と接続部３６とで構成される２つの熱電対を直列接続したサーモパイルにより構成されている点、薄膜構造部３ａが２つのブリッジ部３ｂによりベース基板１と連結されている点が相違する。他の構成は実施形態２と同様なので説明を省略する。

（実施形態４）
本実施形態の赤外線センサの基本構成は実施形態２と略同じであって、図１２に示すように、空洞１１をシリコン基板１ａの厚み方向に貫通するように形成することで薄膜構造部３ａがダイヤフラム状に形成されている点が相違する。他の構成は実施形態２と同様なので説明を省略する。

ところで、上記各実施形態１〜４では赤外線センサＡとして、画素２が２次元アレイ状に配列されている赤外線イメージセンサを例示したが、赤外線センサＡは熱型赤外線検出部３を１つだけ備えたものでもよい。

実施形態１の赤外線センサを示し、（ａ）は画素の平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面に対応する概略断面図である。 同上を示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は等価回路図である。 同上の赤外線センサを備えた赤外線モジュールの要部概略平面図である。 同上の赤外線センサを備えた赤外線モジュールの要部説明図である。 同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態２の赤外線センサを示し、（ａ）は平面レイアウト図、（ｂ）は画素の平面レイアウト図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’断面に対応する概略断面図である。 同上の等価回路図である。 同上の赤外線センサを備えた赤外線モジュールの要部概略平面図である。 同上の赤外線センサを備えた赤外線モジュールの要部説明図である。 実施形態３の赤外線センサを示し、（ａ）は画素の平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する概略断面図である。 実施形態４の赤外線センサを示し、（ａ）は画素の平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する概略断面図である。 従来例を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は要部概略断面図である。 他の従来例を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は要部概略断面図である。

符号の説明

Ａ 赤外線センサ
Ｂ 信号処理ＩＣチップ
Ｃ パッケージ
Ｖout 出力用パッド
Ｖin 入力用パッド
１ ベース基板
２ 画素
３ａ 薄膜構造部
３ｂ ブリッジ部
４ ＭＯＳトランジスタ
３０ 感温部
３３ 赤外線吸収部
３４ ｎ形ポリシリコン層
３５ ｐ形ポリシリコン層
３９ａ 補償ポリシリコン層（ｐ形補償ポリシリコン層）
３９ｂ 補償ポリシリコン層（ｎ形補償ポリシリコン層）
４６ ゲート電極
７０ 赤外線吸収膜

Claims (12)

1. ベース基板と、前記ベース基板の一表面側において前記ベース基板と空間的に分離して形成され赤外線を吸収する赤外線吸収部を有する薄膜構造部と、前記赤外線吸収部と前記ベース基板とに跨って形成されたｐ形ポリシリコン層、ｎ形ポリシリコン層、および前記赤外線吸収部の赤外線入射面側で前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層とを電気的に接合した接続部で構成される熱電対を有し前記赤外線吸収部と前記ベース基板との温度差を検出する熱電対型の感温部とを備え、前記赤外線吸収部の前記赤外線入射面側に、前記赤外線吸収部の反りを抑制する補償ポリシリコン層が前記赤外線吸収部を面状に覆うように形成されてなることを特徴とする赤外線センサ。
2. 前記薄膜構造部は、前記ベース基板と前記赤外線吸収部とを連結するブリッジ部を有し、当該ブリッジ部は、前記ベース基板に対して一箇所で連結されてなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
3. 前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層と前記補償ポリシリコン層とが同一の厚さに設定されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の赤外線センサ。
4. 前記薄膜構造部は、前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層と前記補償ポリシリコン層とが同一平面上に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
5. 前記補償ポリシリコン層における前記ベース基板側とは反対側に赤外線吸収膜が形成されており、前記赤外線吸収膜の屈折率をｎ、吸収対象の赤外線の中心波長をλとするとき、前記赤外線吸収膜の厚さが、λ／４ｎに設定されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
6. 前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であり、前記補償ポリシリコン層として前記ｐ形ポリシリコン層に連続一体に形成されたｐ形補償ポリシリコン層と、前記ｎ形ポリシリコン層に連続一体に形成されたｎ形補償ポリシリコン層とがあることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
7. 前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であり、前記補償ポリシリコン層の屈折率をｎ、吸収対象の赤外線の中心波長をλとするとき、前記ｐ形ポリシリコン層、前記ｎ形ポリシリコン層および前記補償ポリシリコン層それぞれの厚さがλ／４ｎであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
8. 前記補償ポリシリコン層の不純物濃度が１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３であり、前記ｐ形ポリシリコン層と前記ｎ形ポリシリコン層との少なくとも一方は、前記補償ポリシリコン層と同じ不純物を同じ濃度で含んでいることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
9. 前記薄膜構造部を備えた画素が前記ベース基板の前記一表面側でアレイ状に配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
10. 前記各画素ごとに前記感温部の出力を読み出すためのＭＯＳトランジスタを有することを特徴とする請求項９記載の赤外線センサ。
11. 前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極を構成するポリシリコン層の厚さが、前記補償ポリシリコン層と同じ厚さに設定されてなることを特徴とする請求項１０記載の赤外線センサ。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の赤外線センサと、前記赤外線センサの出力信号を信号処理する信号処理ＩＣチップと、前記赤外線センサおよび前記信号処理ＩＣチップが実装されたパッケージとを備え、前記赤外線センサの前記ベース基板は、外周形状が矩形状であり、前記感温部から出力される出力信号を取り出す全ての出力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設され、前記信号処理ＩＣチップは、外周形状が矩形状であり、前記赤外線センサの前記出力用パッドに電気的に接続される全ての入力用パッドが外周縁の一辺に沿って並設されてなり、前記ベース基板と前記信号処理ＩＣチップとの前記一辺同士が他の辺同士に比べて近くなるように前記赤外線センサおよび前記信号処理ＩＣチップが配置されてなることを特徴とする赤外線センサモジュール。

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